Скажите, а вы знаете, что такое Большой взрыв? Увы, но если вы ответили что-то вроде: "это теория сотворения нашего космоса" — вы глубоко заблуждаетесь. Проще говоря, это наше современное понимание истории и эволюции Вселенной, к пониманию появления которой мы не приблизились.
Теория Большого взрыва говорит нам о том, что вся наблюдаемая Вселенная, включая каждый атом, каждую звезду и каждую галактику на расстоянии более 90 миллиардов световых лет в поперечнике, когда-то была сжата до объема теннисного мяча. Невероятно горячего мяча.
Истоки теории
На протяжении веков философы и ученые считали, что Вселенная статична. Конечно, планеты и даже звезды могут двигаться и время от времени взрываться, но в самых больших масштабах Вселенная незыблима.
Эта точка зрения настолько укоренилась, что обманула даже Эйнштейна. В начале 1900-х годов он применил свою новую формулировку гравитации, названную общей теорией относительности, к эволюции Вселенной в целом. Он обнаружил, что его теория естественным образом предсказывает динамичный, развивающийся космос, который либо расширяется, либо сжимается, но определенно не был бы статичен. Чтобы исправить эту очевидную (для физика) ошибку, он добавил в свои уравнения ложный фактор, известный как "космологическая постоянная".
Несколько лет спустя астроном Эдвин Хаббл объявил о двух своих открытиях, которые потрясли мир. Во-первых, он обнаружил, что существуют другие галактики и находятся они очень далеко от нас (наша ближайшая соседка, галактика Андромеды, находится на расстоянии более 2,5 миллионов световых лет). Затем он заметил кое что еще — все галактики удаляются от нас.
Астрономы выдвинули множество возможных объяснений этого кажущегося движения — то, что сам свет "устает" по мере своего путешествия, или что Хаббл неправильно рассчитал расстояния до галактик. Но дальнейшие доказательства положат конец этим идеям. Не только все галактики удалялись от нас, но и удалялись друг от друга. Пространства между галактиками росли, и стало ясно одно — мы живем в расширяющейся вселенной. Другими словами, наша Вселенная развивалась точно так, как предсказывали уравнения Эйнштейна — если бы только он им доверял.
Священник и радио
Наверное многих удивит то, что первым предложившим что-то похожее на теорию Большого взрыва был бельгийский католический священник и астроном Жорж Леметр. Леметр утверждал, что весь космос когда-то был сжат в "первобытный атом", который затем взорвался и расширился, в результате чего возникла наша современная Вселенная.
Ученые сначала отвергли эту идею. Но благодаря наблюдениям Хаббла и математике Эйнштейна идея набрала обороты. Тем не менее, теория Большого взрыва не была доминирующей вплоть до 1950-х годов. Фундаментальная идея теории заключается в том, что наша Вселенная развивается и меняется. Это был радикальный отход от всех космологических моделей того времени, но ее было очень легко проверить.
Если наша Вселенная в прошлом была меньше, то она также должна была иметь более высокую плотность и более высокие температуры. Когда-то давно весь материал во Вселенной был бы забит в достаточно малый объем, а значит, был плазмой — состояние материи, в котором электроны отделяются от атомов. Но по мере того, как Вселенная расширялась и охлаждалась, она затем переходила из этого состояния в нейтральный газ, высвобождая поток радиации, который должен был сохраниться до наших дней.
В 1964 году два радиоинженера, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, тестировали новый микроволновый приемник для Bell Labs. Они потратили больше года, пытаясь убрать сильное фоновое шипение в своем сигнале. Оказывается, они случайно обнаружили излучение, оставшееся после того, как наш космос остыл из состояния плазмы: космический микроволновый фон.
Мы понимаем Вселенную?
Полвека спустя модель Большого взрыва остается единственной теорией, способной объяснить все собранные данные о космосе. Ученые обнаружили, что Большой взрыв может объяснить расширение Вселенной, появление космического микроволнового фона, обилие легких элементов, формирование структур, подобных галактикам, и многое другое.
На известно о, примерно, 13,77 миллиардах лет истории Вселенной, а наблюдаемая часть этой Вселенной составляет примерно 90 миллиардов световых лет в поперечнике. У нас нет необходимых знаний по физике, чтобы понять экстремальные условия самых ранних моментов существования космоса, особенно когда дело доходит до выяснения того, как вообще возникла Вселенная. Но какие-то ключевые моменты нам известны:
- В течение первой доли секунды наш космос пережил период чрезвычайно быстрого расширения, известного как инфляция. Это событие заложит гравитационные семена, которые позже превратятся в сгустки материи, такие как звезды и галактики.
- В течение первых одного или двух десятков минут весь водород и гелий в космосе слились в суп из элементарных частиц.
- В "возрасте" 380 000 лет плазма остыла и выпустила космический микроволновый фон.
- Звезды и галактики впервые вспыхнули на космической заре спустя несколько сотен миллионов лет.
- Галактики сгруппировались вместе, чтобы сформировать скопления, нити и стены в образце, известном как космическая паутина, которую мы видим в наши дни.
Современная формулировка картины Большого Взрыва известна как модель ΛCDM (лямбда CDM). CDM расшифровывается как "холодная темная материя", представляющая собой некоторую форму материи, на долю которой приходится 80 процентов массы каждой галактики. Тем не менее, она не взаимодействует со светом. Мы еще не понимаем, из чего состоит темная материя, но мы знаем, что она существует, основываясь на ее гравитационном влиянии.
А причем тут буква лямбда? Это очень тонкий юмор от ученых. Буквой греческого алфавита Λ Эйнштейн обозначал космологическую постоянную, с помощью которо "ломал" свои правильные уравнения, пытаясь подстроить результаты под известные ему данные. Это лишнее напоминание человечеству о том, что нам многое предстоит понять и изучить, прежде чем откроется истина.